光電子物理是高等學校工科電類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程,它所涉及的內(nèi)容是電類專業(yè)學生應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)中的必要組成部分,同時又是一些交叉領(lǐng)域的學科生長點和新興邊緣學科發(fā)展的基礎(chǔ)。本教材不僅兼顧了傳統(tǒng)的光電探測技術(shù),更突出了光電子技術(shù)的新發(fā)展成果,如在集成光波導、近場光學技術(shù)、表面等離體激元等領(lǐng)域的成果介紹,有益于拓寬學生的視野和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。
《光電子物理及應(yīng)用(第2版)》共分7章。第1章是光的基礎(chǔ)知識,這是學習與研究光電子物理必要的準備,旨在使不同基礎(chǔ)的讀者均能從波動和幾何光學兩方面認識光的本質(zhì);第2章闡述了激光原理及技術(shù),重點在于研究激光的產(chǎn)生及相關(guān)性質(zhì),為后續(xù)激光應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ);第3章研究激光的傳輸,討論了激光在大氣、介質(zhì)和光纖中的傳輸特性;第4章是光電探測技術(shù),探討了光電探測原理、性能參數(shù)等;第5章光波導,研究集成、無源及有源光波導器件的工作原理及相關(guān)應(yīng)用;第6章結(jié)合了納米光學的進展,介紹了納米光學基礎(chǔ)知識及器件基礎(chǔ);第7章舉例介紹了光電子技術(shù)在成像、顯示、存儲、通信及能源等領(lǐng)域的應(yīng)用。
《光電子物理及應(yīng)用(第2版)》可作高等學校工科電類專業(yè)本科生教學和研究生參考用書,或可作為光電子領(lǐng)域工程技術(shù)人員的技術(shù)參考書。
光電子學是光學和電子學相結(jié)合的產(chǎn)物,是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學科。光電子技術(shù)主要研究光的產(chǎn)生、傳輸、控制和探測等,已被廣泛應(yīng)用于激光、光通信、光信息處理以及微納光子學等諸多領(lǐng)域。隨著納米科學與技術(shù)在光學領(lǐng)域的滲透與交叉,光信號在產(chǎn)生與接收的機制、傳輸與調(diào)控方式等方面發(fā)生了顯著變化,同時新近發(fā)展的新型光電子材料和器件又表現(xiàn)出眾多新效應(yīng)、新功能和新應(yīng)用,這些都從廣度和深度上促進了現(xiàn)代光電子科學技術(shù)的發(fā)展。本書作者在光電子學領(lǐng)域已有十多年的研究與教學經(jīng)歷,他們在教學過程中發(fā)現(xiàn),光電子學科發(fā)展日新月異,新效應(yīng)、新技術(shù)、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn);而目前國內(nèi)的大部分相關(guān)教材知識體系更新緩慢,難以反映當前該學科發(fā)展的最新動態(tài)和趨勢,出版一本全面介紹并包含該學料最新進展的教材極為緊迫。而且,本科生的培養(yǎng)目標重在通過先進的教學奠定其專業(yè)基礎(chǔ),這就要求教材內(nèi)容廣泛而又精煉,幫助學生快速全面地掌握基礎(chǔ)知識和知識要點,在提高學生的學習興趣的同時又能為其今后從事該領(lǐng)域工作奠定基礎(chǔ)。鑒于以上原因,作者編寫了這本適用于現(xiàn)代光電子物理學習的《光電子物理及應(yīng)用》一書。與通!豆怆娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)》教材相比,本教材具有以下特色:1.本書在介紹光電子技術(shù)及其應(yīng)用的同時也關(guān)注其中的“物理”,因而第一章側(cè)重介紹光的基礎(chǔ)知識,包括幾何光學和波動光學的原理,特別重點介紹了麥克斯韋電磁場理論。經(jīng)過這一章的學習,學生不僅能夠了解光學的基本概念和定律,還能夠通過對電磁場理論的學習,為后續(xù)章節(jié)中的光電子技術(shù)理論,尤其是光波導和納米光學基礎(chǔ)理論的理解奠定基礎(chǔ),使學生能夠循序漸進地掌握相關(guān)理論知識。教材的每一章節(jié)都配有適當?shù)牧曨},可以幫助學生鞏固和加深學到的理論并掌握其應(yīng)用方法。2.本書對傳統(tǒng)光電子物理相關(guān)教材中的激光原理及技術(shù)、激光傳播以及光電探測技術(shù)進行了全面的總結(jié),并用簡潔的語言闡述了相關(guān)基礎(chǔ)知識,便于學生掌握。此外,本書作者在第5章集成光波導理論和集成光電子器件的編寫過程中,除了基本原理的介紹外,還加入了作者所在課題組十多年來在光波導器件的制備工藝中的經(jīng)驗總結(jié),將理論與實際應(yīng)用相結(jié)合,使學生能夠產(chǎn)生直觀的印象,更加容易掌握和理解相關(guān)知識。這一章對于從事相關(guān)領(lǐng)域的研究生和科研人員也有一定的指導作用。3.表面等離子激元學等國際前沿的光電子學研究方向的介紹。在第6章納米光學中,結(jié)合作者所在課題組的研究成果,介紹了一些新穎的納米光學器件。此外,第6章中介紹的近場成像技術(shù)也是目前國際上納米光學領(lǐng)域的一個研究熱點。相信學生通過學習這些新穎的知識,可以進一步開闊視野,激發(fā)起學習興趣,增強創(chuàng)新精神和獨立思考能力。相關(guān)領(lǐng)域的研究人員查閱本書時也能了解到光電子領(lǐng)域發(fā)展的新動向。本教材可作為普通院校、重點院校的電子科學與技術(shù)、物理電子學、信息與通信工程、光電子技術(shù)等相關(guān)專業(yè)本科學生的專業(yè)基礎(chǔ)課程教材,也可作為光通信、納米光學、儀器科學等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的參考書。
第1章 光的基礎(chǔ)知識
1.1 幾何光學
1.1.1 光線與波面
1.1.2 幾何光學的基本實驗定律
1.1.3 費馬原理
1.2 波動光學
1.2.1 波速和折射率
1.2.2 電磁波譜
1.2.3 光的衍射
1.2.4 光的干涉
1.2.5 光的偏振
1.2.6 電磁場基本方程與波動方程
習題1
第2章 激光原理與技術(shù)
2.1 光輻射量子理論基礎(chǔ)
2.1.1 熱輻射
2.1.2 黑體的經(jīng)典輻射定律
2.1.3 普朗克輻射公式
2.1.4 光電效應(yīng)
2.1.5 愛因斯坦的量子解釋
2.1.6 康普頓效應(yīng)
2.2 光輻射產(chǎn)生的基本原理
2.2.1 三種躍遷
2.2.2 輻射與吸收之間的關(guān)系
2.2.3 光譜線加寬及類型
2.2.4 光與物質(zhì)體系相互作用的量子解釋
2.3 激光產(chǎn)生的條件
2.3.1 激光產(chǎn)生的必要條件
2.3.2 激光產(chǎn)生的充分條件
2.4 激光器的基本結(jié)構(gòu)及激光模式
2.4.1 激光器的基本結(jié)構(gòu)
2.4.2 諧振腔的限模作用
2.4.3 激光模式
2.5 高斯光束
2.5.1 光線傳輸矩陣
2.5.2 高斯光束的基本性質(zhì)和q參數(shù)
2.5.3 高斯光束的傳輸變換
2.5.4 高斯光束的聚焦
2.5.5 高斯光束的匹配
2.5.6 高斯光束的準直
2.5.7 高斯光束的自再現(xiàn)與穩(wěn)定球面腔
2.6 激光器的輸出
2.6.1 輸出功率
2.6.2 激光的輸出特性
2.7 激光單元技術(shù)
2.7.1 激光調(diào)制技術(shù)
2.7.2 激光調(diào)Q技術(shù)
2.7.3 激光鎖模技術(shù)
2.7.4 激光選模技術(shù)
2.7.5 激光穩(wěn)頻技術(shù)
習題2
第3章 激光傳輸
3.1 激光在大氣中的傳輸
3.1.1 大氣分子的吸收
3.1.2 大氣分子的散射
3.2 激光在介質(zhì)中的傳輸
3.2.1 光在介質(zhì)分界面上的反射和折射
3.2.2 光在單層介質(zhì)膜上的反射
3.2.3 光在非均勻介質(zhì)中的傳輸
3.2.4 光在晶體中的傳輸
3.2.5 電光調(diào)制
3.3 激光在光纖中的傳輸
3.3.1 光纖的結(jié)構(gòu)與種類
3.3.2 光纖的傳輸特性
3.3.3 光纖的損耗與色散
習題3
第4章 光電探測技術(shù)
4.1 光電探測的物理效應(yīng)
4.1.1 外光電效應(yīng)
4.1.2 內(nèi)光電效應(yīng)
4.1.3 光熱效應(yīng)
4.2 光探測器的性能參數(shù)和噪聲
4.2.1 光探測器的性能參數(shù)
……
第5章 集成光波導理論和集成光子器件
第6章 納米光學
第7章 光電子技術(shù)應(yīng)用實例
參考文獻